Présentation générale

BASINS (Better Assessment Science Integration point and Nonpoint Sources) est un système d’analyse environnemental multi-usages permettant l’étude par bassin versant de la qualité de l’eau à différentes échelles (ex. : parcellaire, locale, régionale…). Cet outil a été développé par le « U.S.

Environmental Protection Agency’s (EPA’s) Office of Water » (BASINS Version 3.1., 2004) afin de

répondre à trois objectifs principaux qui sont :

(i) Faciliter l’accès et l’analyse de l’information environnementale (ii) Supporter l’analyse de systèmes environnementaux

(iii) Offrir une plate-forme de travail pour l’évaluation de pratiques de gestion alternatives Le système BASINS est configuré pour supporter des études environnementales et écologiques dans un contexte de bassins versants. De plus, il présente une structure flexible permettant l’analyse à diverses échelles à l’aide d’outils et d’applications à la fois simples ou sophistiqués. L’approche traditionnelle de caractérisation d’un bassin versant implique bon nombre d’étapes, notamment la collecte et la préparation des données, le regroupement de l’information, l’élaboration de cartes et de base de données, l’application et l’interprétation de modèles. Chacune de ces étapes implique l’utilisation de divers outils et systèmes informatisés. La réalisation de ces étapes de façon isolée peut occasionner des difficultés d’intégration, limiter la coordination et augmenter considérablement le temps d’exécution d’étude. BASINS facilite les études environnementales par bassin versant en regroupant les données requises ainsi que les composantes d’analyse sur une plate-forme commune. L’usage d’une fenêtre unique permet à l’analyste d’accéder aisément aux couches d’informations, d’appliquer des outils de caractérisation et de planification et également d’appliquer divers modèles liés à la qualité de

l’eau. Le regroupement des composantes principales permet donc de réduire le temps d’analyse, de répondre plus rapidement aux interrogations et finalement d’identifier plus rapidement les besoins liés aux données et aux pratiques de gestions.

Le système BASINS est intégré dans un système d’informations géographiques (SIG) permettant ainsi la représentation sous forme de cartes, tables et graphiques des diverses couches d’informations. À l’aide d’une telle plate-forme, BASINS rend possible l’intégration d’un large éventail d’informations (ex : occupation du territoire, type de sols, stations de mesures, sources ponctuelles de polluants…) et ce, pour une échelle déterminée par l’utilisateur.

Le système BASINS comprend une suite de composantes inter-reliées visant l’analyse de divers aspects environnementaux. Ces composantes incluent :

• Des outils de développement de nouveaux projets relatifs à un bassin versant • Des outils d’analyse et de caractérisation (TARGET, ASSESS et Data Mining) • Des utilitaires pour le regroupement et l’évaluation des données

• Des outils de génération de bassins versants

• Des utilitaires pour la classification de modèles numériques de terrain, d’occupation de territoire, du type de sol et l’observation de la qualité de l’eau

• La production de rapports facilitant le regroupement et l’extraction d’informations relatives au bassin versant

• Deux modèles de bassins versants de transport et charge de contaminants : HSPF et

SWAT

• Un modèle simplifié d’estimation de sources non ponctuelles de pollutions basé sur des moyennes annuelles : PLOAD

• Un outil de simulation hydrologique basé sur un système d’informations géographiques : AGWA (Automated Geospatial Watershed Assessment Tool).

Les composantes d’analyse et de caractérisation intégrées à un SIG permettent rapidement à l’usager d’évaluer la zone d’étude, d’organiser l’information, d’obtenir et présenter des résultats. Les modules de modélisation permettent, quant à eux, d’évaluer les impacts de polluants provenant de sources ponctuelles ou non. Conjointement, ces modules supportent divers aspects spécifiques liés à la gestion par bassin versant. Ces aspects visent à :

• Identifier et prioriser la qualité de l’eau de cours d’eau à risque

• Fournir et caractériser les données liées aux sources de polluants tout en évaluant leurs magnitudes et leurs significations

• Visualiser et communiquer au public les conditions environnementales à l’aide de tables de données, de graphiques et de cartes.

Cette structure décrite peut être représentée à l’aide de la Figure 4.1 L’interface principale du système BASINS est présentée à la Figure 4.2.

Figure 4.2 : Interface principale du modèle BASINS

4.1.1.1 Outils d’analyse et de caractérisation environnementale

Tel que décrit précédemment, le système BASINS comprend 3 outils d’analyse et de caractérisation permettant la réalisation d’études à diverses échelles.

(i) TARGET

Cet outil permet l’évaluation de la qualité de l’eau sur la superficie totale d’un secteur regroupant plusieurs bassins-versants. Il intègre les données disponibles pour un tel secteur et permet la synthèse des résultats en terme de bassins-versants et ce, pour un large éventail de paramètres environnementaux.

(ii) ASSESS

Cet outil opère sur un bassin versant unique et se concentre sur des localités précises (Stations de qualité de l’eau) liées au réseau hydrographique. Il permet d’établir des relations entre les

disponibilité des données, efforts de caractérisations, analyses de causes à effets)

(iii) DATA MINING

Cet outil établit des liens dynamiques entre diverses données à l’aide de cartes et de tables de données. En ce sens, il facilite l’intégration et l’interprétation environnementales de l’information historique et géographique. De plus, il assiste l’utilisateur et complète les outils précédents dans le processus de précision et de raffinement de l’analyse en passant d’une échelle régionale à celle de sites spécifiques (ex : stations de mesures).

4.1.1.2 Modèles de transport de polluants

Tel que mentionné, trois modèles sont intégrés au système BASINS afin de permettre la simulation du comportement de divers composés chimiques toxiques, polluants ou nutriments. L’utilisation de tels modèles s’articule autour de lignes directrices qui sont la préparation des données, la sélection de routines de calculs et l’utilisation d’outils de visualisation. Ces modèles sont :

(i) HSPF

HSPF (Bicknell et al. 2001) est un modèle de bassin versant permettant la simulation de la pollution diffuse sur un bassin versant. Il permet également la simulation de débits et l’évaluation de la qualité de l’eau dans le réseau hydrographique. Il peut être opéré sur un seul bassin versant ou encore sur un regroupement de sous bassins interconnectés généré à partir d’outils de délimitation offerts par BASINS. Le modèle HSPF requiert en entrée les données suivantes :

• L’utilisation du territoire • Le réseau hydrographique • Les données météorologiques

• L’information sur les polluants à évaluer

Il est à noter que l’extension WinHSPF interagit directement avec les utilitaires et les jeux de données du modèle BASINS pour faciliter l’extraction de l’information pertinente et la préparation des fichiers d’entrée du modèle HSPF. Cette extension constitue une fenêtre Windows de représentation du modèle.

(ii) SWAT

SWAT constitue un modèle physique développé pour mesurer l’impact de la gestion de l’utilisation du territoire sur l’eau, les sédiments et les composés chimiques liés à l’agriculture pour des bassins-versants complexes et de grandes étendues présentant des variations temporelles des types de sols, de l’utilisation du territoire et des conditions de gestion. À noter que SWAT peut être utilisé hors de l’environnement informatique offerte par BASINS et c’est cette avenue que nous avons privilégiée pour ce projet (voir section 4.2).

(iii) PLOAD

L’extension PLOAD a été développée pour le calcul des charges de polluants pour un bassin versant. Cette application estime les sources de pollution non ponctuelles sur une base annuelle. Elle peut être appliquée pour tout polluant spécifique. PLOAD se veut un modèle générique agissant comme évaluateur dans la gestion par bassin versant ou la protection d’étendue d’eau libre.

Le travail réalisé dans le cadre de ce projet a consisté à constituer les bases de données nécessaires à l’application des modèles, à appliquer et caler le modèle hydrologique et à appliquer le modèle de transport de pesticides.